内蒙古河套地区第四纪地球化学研究
【类型】期刊
【作者】武慧珍，范亚丽，王晓娇，包凤琴（中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；内蒙古自治区地质调查院）
【作者单位】中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；内蒙古自治区地质调查院
【刊名】西部资源
【关键词】 内蒙古河套地区；第四纪地球化学研究；环境指示剂
【资助项】中国地质调查局与内蒙古自治区政府合作开展；“内蒙古河套农业经济区多目标区域地球化学调查”项目
【ISSN号】1672-562X
【页码】P137-140
【年份】2019
【期号】第2期
【摘要】第四纪地球化学是介于第四纪地质学和地球化学之间的边缘研究领域,研究第四纪时期化学元素及其同位素在地壳中的分布与演化规律,侧重研究元素及其同位素在不同成因类型的第四纪沉积物中的分布、分配、迁移和富集的特征。在第四纪地球化学研究中,除常用某些元素的比值和烃类化合物的成分,作为海、陆和过渡相的划分标志外,微量元素和同位素成分也越来越多地被用作环境指示标志。研究区处于华北地台北缘,主体河套平原属中新生代断陷盆地,以第四系为主;研究区北部属大青山、狼山,南部属鄂尔多斯高原,分布白垩系、侏罗系、三叠系、寒武系、太古代地层,局部有岩浆岩出露。本次研究利用河套地区表层土壤元素与指标分析数据,计算了干湿系数、冷暖系数、土壤风化淋滤系数、干旱系数、Rb/Sr比值等环境指示意义的参数进行恢复河套地区古气候环境。
【全文】 文献传递
内蒙古河套地区第四纪地球化学研究
摘要：第四纪地球化学是介于第四纪地质学和地球化学之间的边缘研究领域，研究第四纪时期化学元素及其同位素在地壳中的分布与演化规律，侧重研究元素及其同位素在不同成因类型的第四纪沉积物中的分布、分配、迁移和富集的特征。在第四纪地球化学研究中，除常用某些元素的比值和烃类化合物的成分，作为海、陆和过渡相的划分标志外，微量元素和同位素成分也越来越多地被用作环境指示标志。研究区处于华北地台北缘，主体河套平原属中新生代断陷盆地，以第四系为主；研究区北部属大青山、狼山，南部属鄂尔多斯高原，分布白垩系、侏罗系、三叠系、寒武系、太古代地层，局部有岩浆岩出露。本次研究利用河套地区表层土壤元素与指标分析数据，计算了干湿系数、冷暖系数、土壤风化淋滤系数、干旱系数、Rb/Sr比值等环境指示意义的参数进行恢复河套地区古气候环境。
关键词：内蒙古河套地区；第四纪地球化学研究；环境指示剂
1.引言
第四纪地球化学是介于第四纪地质学和地球化学之间的边缘研究领域，研究第四纪时期化学元素及其同位素在地壳中的分布与演化规律，侧重研究元素及其同位素在不同成因类型的第四纪沉积物中的分布、分配、迁移和富集的特征。第四纪地球化学研究中，重要的是进一步探讨元素的特征比值和地球化学标志（包括生物标志化合物）所反映的气候环境，建立元素气候学。配合矿物学和古生物学方面的标志，为拟制第四纪时期的综合气候曲线提供有力的依据，进而阐明第四纪时期的古气候和古地理环境，并为探讨全球气候环境变迁提供重要的背景材料。
2.研究区概况
研究区地处内蒙古自治区中西部的黄河中游，包括呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市四个市的23个旗（县、区）。地处中温带，为大陆性气候。光能资源丰富，寒暑变化剧烈，雨量集中在夏季。区内河流主要有黄河、大黑河，主要湖泊为乌梁素海、哈素海。
研究区处于华北地台北缘，主体河套平原占研究区总面积66%左右，属中新生代断陷盆地，以第四系为主；研究区北部为大青山、狼山，南部为鄂尔多斯高原，分布白垩系、侏罗系、三叠系、寒武系、太古代地层，局部有岩浆岩出露。
3.第四纪地球化学研究
在第四纪地球化学研究中，除常用某些元素对的比值和烃类化合物的成分作为海、陆和过渡相的划分标志外，微量元素和同位素成分也越来越多地被用作环境指示标志。其中较为成熟的是硼（B）、镓（Ga）、铷（Rb）、氟（F）、锶（Sr）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）和钒（V）等，这些元素及其有关比值（如B/ Ga、Sr/Ba、Rb/K）对区分海相与淡水陆相沉积物具有很大的意义。一般认为硼、镓、铷、钒是反映古盐度的灵敏指示剂。
本次研究利用河套地区表层土壤元素与指标分析数据，计算了干湿系数、冷暖系数、土壤风化淋滤系数、干旱系数、Rb/Sr比值等环境指示意义的参数进行恢复河套地区古气候环境。由于河套地区大部分农田是黄河水灌溉区，受到了黄河水中携带成分的影响，因此本次工作试图采用山前沉积物的数值特征为主来表达气候变化特征。
①干湿系数（Re值）的环境指示意义
干湿系数Re=（CaO+Na2O+K2O+MgO）/（Fe2O3+MnO）（分子数比值）
Re值相对高低是环境变化的重要指标，数值高显示气候比较干旱，大体以0.015为界线。从图1看出，研究区大部分地区干湿系数在0.012＜Re值＜0.015之间，在包头以西地区较以东地区要干旱。
图1 表层土壤干湿系数分布图
Figure 1 Distribution map of wet and dry coefficient of Topsoil
②冷暖系数（G值）的环境指示意义
冷暖系数G值=SiO2/（Al2O3+Fe2O3）
图2 表层土壤冷暖系数分布图
Figure 2 Distribution map of Heating and cooling coefficient of Topsoil
G值低说明气候湿润暖和，G值高显示气候干冷。从图2看出，在风成砂集中区反映了岩性成分的特征和在黄土分布区是干冷气候条件下影响的结果。
全区大部分的黄河灌区，G值介于5～8之间，反映气候变化的一致性。在呼和浩特南部的大黑河左岸大部地区G值介于8～10之间，显示干冷的气候特征，该地区分布中更新世湖相粘土和上新世黄土，这是反映成土母质形成时的气候特征。在黄河南岸的风成沙集中区G值在12以上，明显地受岩性特点的控制。
③土壤风化淋滤系数（ba值）
土壤风化淋滤系数ba值=（CaO+Na2O+K2O+MgO）/ Al2O3］（分子数比值）
ba值是指母质或土壤中各种盐基的氧化物与氧化铝地分子比值。ba值愈大，表示盐基淋溶愈弱；反之，ba值愈小，表示风化体或土壤中保存地盐基含量愈低，淋溶作用愈强。图3显示，黄河灌溉区和大黑河流域分布区的ba值在2～2.5之间；大黑河流域、风化砂集中区的磴口以及和林格尔南等地的ba值在1.2～2之间。
图3 表层土壤淋滤系数分布图
Figure 3 Distribution map of Leaching factor of Topsoil
④干旱系数（Mg/Ca比值）
图4 表层土壤干旱系数分布图
Figure 4 Distribution map of Drought coefficient of Topsoil
Mg/Ca比值低指示较为干旱。图4显示出大体以包头为界，以西地区较以东地区干旱，与图1给出地结论一致。比如在和林格尔至喇嘛湾一线东南地区为黄土和红土覆盖区，属于典型的干旱缺水地区，Mg/Ca比值低，数值介于0.15～0.25之间。另一个富含钙质的区域是分布在新营子至五申、永圣域一带，以中更新统湖相黄褐、黄绿、棕黄色粘土为成土母质的土地。分布在托克托县城关镇至巧尔什营一带，浅层母质中含有大量的钙质结核，是形成这一现象的重要原因。
该系数总体上与现实环境一致，但在现代湖泊中Mg/Ca比值明显低于其他地区，显示该指数在现代湖泊中起相反的指示作用。
⑤Rb/Sr比值变化环境指示意义
风化过程中Rb从风化的岩石中析出被水带走，被粘土矿物吸附。一般情况下，粘土中Rb的含量较高，在砂质岩层中的含量较低。Rb/Sr比值也能较好地反映区域气候变化的特征、现在风化强度、降水量大小等。大体以包头为界线，以西地区Rb/Sr比值0.4以下，大部分地区为0.3～0.4之间；以东地区在0.4～0.7之间（图5）。在黄土和红土集中分布区Rb/Sr比值为0.6～0.7之间，反映了原始沉积物的形成环境。
图5 表层土壤Rb/Sr比值分布图
Figure 5 Distribution map of Rb/Sr Ratio of Topsoil
4.结论
研究区大部分地区干湿系数在0.012＜Re值＜0.015之间，冷暖系数值介于5～8之间；黄河灌溉区和大黑河流域的土壤风化淋滤系数值在2～2.5之间，而风成砂集中区的磴口以及和林格尔南等地的土壤风化淋滤系数值在1.2～2之间；干旱系数总体上与现实环境一致，但在现代湖泊中Mg/Ca比值明显低于其他地区；包头为界线，以西地区Rb/Sr比值在0.3～0.4之间，以东地区在0.4～0.7之间。通过对河套地区表层土壤干湿系数、冷暖系数、土壤风化淋滤系数、干旱系数、Rb/Sr比值等环境指示综合研究表明，几个数值特征给出的结论具有相对的一致性，说明本区受外界影响的程度不大，元素的分布仍然服从自然演化规律。
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Research on Quaternary geochemistry in the Hetao area of Inner Mongolia
Abstract：Quaternary geochemistry is the marginalized research field between the Quaternary Geology and geochemistry，researching on the distribution and evolution of Quaternary period's chemical elements and their isotopes in the earth's crust.Quaternary geochemistry focused on study the characteristics of the distribution，migration and enrichment of the elements and their isotopes in the different genetic types of Quaternary sediments.In Quaternary geochemical studies，trace element and isotopic compositions are also increasingly being used as environmental signage，beside use some commonly used element's ratio and the composition of the hydrocarbons as the sea，the land and transition division sign. The study area in North China margin，the main Hetao plain case of Mesozoic-Cenozoic rift basin，mainly Quaternary；the northern part of the study area belongs to Daqing Mountain，Wolf Mountain，the southern part belongs to Ordos plateau，the strata is Cretaceous，Jurassic，Triassic，Cambrian，Archean，magmatic rocks exposed in some area.This research used the surface soil elements and analysis data in the Hetao area to calculate the parameters which has environmental implications，such as wet coefficient、heating coefficient，soil weathering and leaching coefficient，drought coefficient and Rb/Sr ratio，in order to restore the ancient climate in the Hetao area.
Keywords：Hetao area of Inner Mongolia；Quaternary geochemistry research；Environmental indicator
基金项目：中国地质调查局与内蒙古自治区政府合作开展，“内蒙古河套农业经济区多目标区域地球化学调查”项目。